隨著超聲彈性成像技術(shù)的不斷深入開展，廣大醫(yī)生們對這個超聲醫(yī)學(xué)家族中的新寵兒寄予了越來越多的希望。不過“理想很豐滿，現(xiàn)實太骨感”，應(yīng)變式彈性成像的問題不斷顯現(xiàn)出來，首當(dāng)其沖的就是：不能準(zhǔn)確量化數(shù)據(jù)，只能做到定性判斷或者半定量對比。于是，為了找到能夠做到對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確量化的彈性成像方式方法，科研人員和醫(yī)生們又開始了艱苦的探索。當(dāng)很多超聲人一籌莫展之時，來自臨床科室的一份技術(shù)報告如同暗夜中的一絲星光，讓人找到了前進的方向：這就是FibroScan探測肝纖維化程度分級報告。

FibroScan探測肝纖維化程度分級報告

這樣的報告單，無論圖像還是數(shù)據(jù)看起來和我們熟悉的超聲檢查報告是那么的不同。它Z核心的內(nèi)容是一個以 kPa 為單位的數(shù)字，能反映出肝臟纖維化程度。這讓我們這些“影像醫(yī)生”有點茫然了，這個數(shù)字是什么？它是怎么得出來的？它有哪些臨床意義？……一系列的問題擺在眼前。而為了說明和證實這些問題，一個極其重要的物理量終于露出了廬山面目，被推上了前臺——剪切波。

什么是剪切波

我們平時用于診斷的超聲波是縱波，而剪切波是一種橫波。這是一列垂直于發(fā)射超聲波方向傳導(dǎo)的能量微弱的機械波。那么怎么才能誘發(fā)出剪切波呢？簡單來說：只要讓組織產(chǎn)生一定程度的震動或者形變，就可以在其周圍出現(xiàn)剪切波傳播。

機械波在組織里傳播，其傳播速度與組織質(zhì)地性質(zhì)有關(guān)，這是Z基本的物理學(xué)原理。只要我們探測出剪切波速度值，不就是知道了組織質(zhì)地嗎？而速度值就是完全量化的數(shù)據(jù)。哈哈，問題好像變簡單了！然而，事實真的這么簡單嗎？

這需要從兩個方面說起：

1. 怎么誘發(fā)出穩(wěn)定安全的剪切波？

2. 怎么準(zhǔn)確計算出剪切波的傳導(dǎo)速度？

如何誘發(fā)剪切波

前面說過：只要能產(chǎn)生一定程度的震動或者形變就好了。這看似簡單，但問題是我們的靶目標(biāo)是人，是活生生的人。人接受外力及外界能量的能力有限，如果超過安全界限，就會對患者帶來更多傷害。這樣的方法是醫(yī)生和患者都不愿意接受的。那么，在安全許可下產(chǎn)生的剪切波是一種什么樣的物理量呢？它的幅度很小，小于幾十um，甚至低至1-5um。它的速度很慢且很廣，為1-15m/s。它的衰減很快，小于幾十個ms，甚至低至5ms。

如何測量剪切波

正是因為如上人體內(nèi)剪切波的這些特點，檢測剪切波的平臺就要求有盡可能優(yōu)的剪切波源、盡可能快的檢測速率、盡可能寬的檢測視野和盡量集中的檢測能量。經(jīng)過反復(fù)的實驗和努力，目前實驗臨床應(yīng)用剪切波測算有三種：

1. 瞬時彈性成像（TE）

外力來自于低頻(50Hz)機械振動，以一維圖像顯示硬度信息。這就是我們前面提到的Fibroscan。這樣操作簡便，但是剪切波是無法通過液性組織傳播的。當(dāng)遇到肝前腹水時，剪切波無法向深處傳播，肝臟彈性成像也就失敗了。

2. 點式剪切波彈性成像（pSWE/STQ）

當(dāng)外力為聲輻射力時，也就是說用探頭來發(fā)射激勵，在一定深度的組織聚焦，產(chǎn)生剪切波并被檢測。這樣克服了只有一維圖像的困擾，對于肝臟也不怕肝前腹水的影響了。可是，能夠被檢測的范圍比較小。

肝臟STQ圖

3. 二維剪切波彈性成像（2D- SWE/STE）

接著，剪切波彈性成像繼續(xù)飛速發(fā)展。每個廠家也用不同的發(fā)射激勵和接收信息的辦法實現(xiàn)了二維剪切波彈性成像。

邁瑞是怎么做的

邁瑞采用隊列式發(fā)射及超寬波速追蹤成像。利用醫(yī)學(xué)超聲功率范圍內(nèi)的聚焦超聲波束的輻射力，在生物黏性組織局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生剪切波。超聲系統(tǒng)追蹤剪切波的傳播速度，持續(xù)地追蹤和記錄ROI內(nèi)剪切波引起的組織的位移改變。Z終，獲得剪切波的傳播速度和推導(dǎo)出組織的彈性模量。剪切波可以在不同的位置依次產(chǎn)生并傳播，系統(tǒng)獲取每個位置的剪切波速度，進而形成一幅剪切波彈性圖像。STE可以以高達每幀10KHz的速度，有效地探測剪切波的信號。聲輻射力產(chǎn)生的剪切波的幅度很微弱，通常只有幾微米到幾十微米。在剪切波傳播過程中，STE技術(shù)通過微調(diào)接收波束的位置，使得超聲波束的能量盡可能的集中，從而提高接收信號的質(zhì)量。

聲輻射力和剪切波

超寬波束追蹤成像

作為一種無創(chuàng)的能夠反應(yīng)組織硬度的功能性成像方法。目前剪切波彈性成像的研究已經(jīng)涉及肝臟、甲狀腺、乳腺、胃腸道、肌骨等方方面面，對于彌漫性病變的分級、局灶性病變的鑒別診斷、疾病的監(jiān)測及隨訪等都有重要的意義。例如診斷肝臟纖維化的分期，從F1-F4的圖像中，我們發(fā)現(xiàn)，盡管二維聲像圖差別不大，但當(dāng)纖維化程度時，肝臟楊氏模量也了，也就是說肝臟“變硬”了。可見，超聲發(fā)展到這里，不但有形態(tài)學(xué)上的灰階超聲，血流動力學(xué)上的彩色多普勒超聲，還有機械力學(xué)上的彈性超聲。

肝纖維化F1期

肝纖維化F2期

肝纖維化F3期

肝纖維化F4期

回首剪切波彈性成像的發(fā)展，從理論的提出到如今臨床的實際應(yīng)用，從單一商用儀器的壟斷到如今各廠家各型號的百花齊放，從體模實驗的摸索到臨床各多ZX研究的開展。短短20余年，科技飛速進步，認(rèn)知不斷更新，有理由認(rèn)為，人工智能和大數(shù)據(jù)時代的來臨將給我們帶來指數(shù)級的革新，剪切波彈性成像的應(yīng)用也將會以想象不到的速度發(fā)展向前。

References:

1. Dietrich CF, Bamber J, Berzigotti A, et al.EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Use of Liver Ultrasound Elastography, Update 2017 (Long Version). Ultraschall Med 2017; 38:e48.

2. Cosgrove, D., et al., EFSUMB guidelines and recommendations on theclinical use of ultrasound elastography. Part 2: Clinical applications.Ultraschall Med, 2013. 34(3): p. 238-53.

注：本文臨床圖片皆來自深圳市第三人民醫(yī)院超聲科，特此感謝！